스테인리스 스틸스테인리스강은 내산성강의 약자이며, 공기, 증기, 물과 같은 약한 부식성 매체에 대한 저항성이 있거나 스테인리스 특성을 지닌 강종을 말합니다.
용어 "스테인리스 스틸"산업용 스테인리스강"은 단순히 한 종류의 스테인리스강만을 지칭하는 것이 아니라, 각각 특정 적용 분야에서 우수한 성능을 발휘하는 100가지 이상의 산업용 스테인리스강을 총칭하는 용어입니다.
이들 강재는 모두 17~22%의 크롬을 함유하고 있으며, 고급 강재에는 니켈도 함유되어 있습니다. 몰리브덴을 첨가하면 대기 부식, 특히 염화물이 함유된 환경에서의 부식 저항성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
1. 스테인리스강의 분류
1. 스테인리스강과 내산강이란 무엇인가요?
답변: 스테인리스강은 내산성강의 약자로, 공기, 증기, 물과 같은 약한 부식성 물질에 대한 저항성을 가지고 있습니다. 부식에 강한 강종을 내산성강이라고 합니다.
두 재질의 화학적 조성 차이로 인해 내식성도 다릅니다. 일반 스테인리스강은 일반적으로 화학 매체 부식에 대한 저항력이 약한 반면, 내산성 강철은 일반적으로 부식에 강합니다.
2. 스테인리스강은 어떻게 분류하나요?
답변: 조직 상태에 따라 마르텐사이트강, 페라이트강, 오스테나이트강, 오스테나이트-페라이트(듀플렉스) 스테인리스강 및 석출경화 스테인리스강으로 나눌 수 있습니다.
(1) 마르텐사이트강: 강도는 높지만 가소성 및 용접성이 떨어짐.
일반적으로 사용되는 마르텐사이트계 스테인리스강은 1Cr13, 3Cr13 등의 등급으로, 탄소 함량이 높아 강도, 경도, 내마모성이 우수하지만 내식성은 다소 떨어집니다. 따라서 스프링, 증기 터빈 블레이드, 유압 프레스 밸브 등 높은 기계적 특성과 내식성이 요구되는 일반적인 부품에 사용됩니다.
이러한 종류의 강철은 담금질 및 템퍼링 처리 후 사용되며, 단조 및 스탬핑 후에는 어닐링이 필요합니다.
(2) 페라이트강: 크롬 15%~30%. 크롬 함량이 증가함에 따라 내식성, 인성 및 용접성이 향상되며, 염화물 응력 부식에 대한 저항성은 Cr17, Cr17Mo2Ti, Cr25, Cr25Mo3Ti, Cr28 등과 같은 다른 유형의 스테인리스강보다 우수합니다.
크롬 함량이 높아 내식성 및 내산화성이 비교적 우수하지만, 기계적 특성 및 가공성은 좋지 않습니다. 주로 응력이 적은 내산성 구조물이나 산화방지강으로 사용됩니다.
이 종류의 강철은 대기, 질산 및 염 용액의 부식에 강하고, 고온 산화 저항성이 우수하며 열팽창 계수가 작다는 특징이 있습니다. 질산 및 식품 공장 설비에 사용되며, 가스 터빈 부품 등 고온에서 작동하는 부품을 제작하는 데에도 사용할 수 있습니다.
(3) 오스테나이트강: 크롬이 18% 이상 함유되어 있고 니켈이 약 8% 함유되어 있으며 몰리브덴, 티타늄, 질소 등의 소량 원소도 함유하고 있습니다. 전반적인 성능이 우수하고 다양한 매체에 의한 부식에 대한 저항성이 있습니다.
일반적으로 용체화 처리가 사용되는데, 이는 강을 1050~1150°C로 가열한 후 수냉 또는 공냉하여 단상 오스테나이트 구조를 얻는 방식입니다.
(4) 오스테나이트-페라이트(듀플렉스) 스테인리스강: 오스테나이트 스테인리스강과 페라이트 스테인리스강의 장점을 모두 가지고 있으며 초소성도 있습니다. 스테인리스강은 오스테나이트와 페라이트가 각각 약 절반씩 차지합니다.
탄소 함량이 낮은 경우, 크롬 함량은 18%~28%, 니켈 함량은 3%~10%입니다. 일부 강철에는 몰리브덴, 구리, 규소, 니오븀, 티타늄, 질소와 같은 합금 원소도 포함됩니다.
이 종류의 강철은 오스테나이트계 스테인리스강과 페라이트계 스테인리스강의 특성을 모두 가지고 있습니다. 페라이트계 스테인리스강과 비교했을 때, 가소성과 인성이 더 높고, 상온 취성이 없으며, 입계 부식 저항성과 용접 성능이 크게 향상되었습니다. 또한, 철 본체 스테인리스강의 특성인 475°C에서의 취성, 높은 열전도율, 그리고 초소성 특성을 유지합니다.
오스테나이트계 스테인리스강과 비교했을 때, 듀플렉스 스테인리스강은 높은 강도를 가지며 입계 부식 및 염화물 응력 부식에 대한 저항성이 크게 향상되었습니다. 또한, 듀플렉스 스테인리스강은 공식에 대한 저항성이 우수하며 니켈 함량을 절감할 수 있는 스테인리스강입니다.
(5) 석출경화 스테인리스강: 기지는 오스테나이트 또는 마르텐사이트이며, 일반적으로 사용되는 석출경화 스테인리스강 등급은 04Cr13Ni8Mo2Al 등이다. 이는 석출경화(또는 시효경화)에 의해 경화(강화)될 수 있는 스테인리스강이다.
구성 성분에 따라 크롬 스테인리스강, 크롬-니켈 스테인리스강, 크롬망간질소 스테인리스강으로 나뉜다.
(1) 크롬 스테인리스강은 특정 내식성(산화산, 유기산, 캐비테이션), 내열성 및 내마모성을 가지고 있어 일반적으로 발전소, 화학 및 석유 분야의 장비 재료로 사용됩니다. 그러나 용접성이 좋지 않으므로 용접 공정 및 열처리 조건에 주의해야 합니다.
(2) 용접 중 크롬-니켈 스테인리스강은 반복적인 가열을 받아 탄화물이 석출되는데 이로 인해 내식성 및 기계적 특성이 저하됩니다.
(3) 크롬-망간 스테인리스강은 강도, 연성, 인성, 성형성, 용접성, 내마모성 및 내식성이 우수하다.
2. 스테인리스강 용접 시 어려운 문제점 및 재료와 장비 사용법 소개
1. 스테인리스강 용접이 어려운 이유는 무엇입니까?
답변: (1) 스테인리스강의 열감성은 비교적 강하고 450-850°C 온도 범위에서 체류 시간이 약간 길어지면 용접부 및 열영향부의 내식성이 심각하게 저하됩니다.
(2) 열 균열이 발생하기 쉬움.
(3) 보호가 불량하고 고온 산화가 심각함.
(4) 선팽창계수가 크므로 용접 변형이 크게 발생하기 쉽습니다.
2. 오스테나이트계 스테인리스강 용접에 효과적인 기술적 조치는 무엇일까요?
답변: (1) 모재의 화학적 조성에 따라 용접 재료를 엄격하게 선택합니다.
(2) 작은 전류로 빠른 용접, 작은 라인 에너지로 열 입력 감소.
(3) 가는 직경의 용접 와이어, 용접봉, 흔들림 없음, 다층 다중 패스 용접.
(4) 용접 이음매 및 열영향부의 강제 냉각을 통해 450-850°C에서의 체류 시간을 줄입니다.
(5) TIG 용접부 뒷면의 아르곤 보호
(6) 부식성 매체와 접촉하는 용접부는 최종적으로 용접됩니다.
(7) 용접 이음매 및 열영향부의 부동태화 처리.
3. 오스테나이트 스테인리스강, 탄소강 및 저합금강(이종강 용접) 용접 시 25-13 시리즈 용접선 및 전극을 선택해야 하는 이유는 무엇입니까?
답변: 오스테나이트 스테인리스강과 탄소강 및 저합금강을 연결하는 이종강 용접 접합부의 경우, 용접 부위에는 25-13 시리즈 용접 와이어(309, 309L)와 용접봉(오스테나이트 312, 오스테나이트 307 등)을 사용해야 합니다.
다른 스테인리스강 용접 소모품을 사용할 경우, 탄소강 및 저합금강 측의 용접선에 마르텐사이트 구조와 냉간 균열이 발생할 수 있습니다.
4. 고체 스테인리스강 용접 와이어는 왜 98%Ar+2%O2 보호 가스를 사용합니까?
답변: 스테인리스강 솔리드 와이어의 MIG 용접 시, 순수 아르곤 가스를 보호 가스로 사용하면 용융 풀의 표면 장력이 높아 용접부가 불량하게 형성되어 "혹" 모양의 용접 형상이 나타납니다. 산소를 1~2% 첨가하면 용융 풀의 표면 장력을 감소시켜 매끄럽고 아름다운 용접부를 얻을 수 있습니다.
5. 스테인리스강 MIG 용접 와이어 표면이 검게 변하는 이유는 무엇이며, 어떻게 해결해야 할까요?
답변: 솔리드 스테인리스강 용접 와이어를 사용한 MIG 용접 속도는 비교적 빠릅니다(30~60cm/min). 보호 가스 노즐이 용융 풀 전면 영역까지 도달했을 때, 용접부는 여전히 붉게 달아오른 고온 상태이므로 공기에 의해 쉽게 산화되어 표면에 산화물이 형성됩니다. 이로 인해 용접부가 검게 변색됩니다. 산세척 및 부동태화 처리를 통해 이 검은 막을 제거하고 스테인리스강의 원래 표면 색상을 복원할 수 있습니다.
6. 고체 스테인리스강 용접 와이어는 제트 전환 및 스패터 없는 용접을 위해 왜 펄스 전원 공급 장치를 사용해야 합니까?
답변: 솔리드 스테인리스강 MIG 용접 시, φ1.2 용접 와이어를 사용할 경우 전류 I가 260~280A 이상이면 제트 전환이 가능합니다. 이 값보다 낮으면 용적 단락 전환이 발생하고 스패터가 많이 발생하므로 일반적으로 권장하지 않습니다.
펄스 기능이 있는 MIG 용접기를 사용해야만 펄스 드롭렛이 작은 규격에서 큰 규격으로 전환되어(와이어 직경에 따라 최소값 또는 최대값 선택) 스패터 없는 용접이 가능합니다.
7. 플럭스 코어드 스테인리스강 용접 와이어는 펄스 전원 공급 장치 대신 CO2 가스로 보호되는 이유는 무엇입니까?
답변: 현재 일반적으로 사용되는 플럭스 코어드 스테인리스강 용접 와이어(예: 308, 309 등)는 용접 와이어의 용접 플럭스 조성이 CO2 가스 보호 하에 용접 화학 야금 반응에 따라 개발되었기 때문에 일반적으로 펄스 아크 용접 전원 공급 장치가 필요하지 않습니다(펄스 전원 공급 장치는 기본적으로 혼합 가스를 사용해야 함). 단, 용적 전이를 미리 유도하려면 펄스 전원 공급 장치 또는 혼합 가스를 사용하는 기존 가스 차폐 용접 방식을 사용할 수도 있습니다.
게시 시간: 2023년 3월 24일